迈克生干涉仪.PDF
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邁克 生干涉(Michelson interference)實驗
邁克生干涉實驗注意事項
1. 千萬不要用手觸摸所有鏡片 :邁克生干涉儀內所使用的鏡片由於平整度極高( λ
/16) ,價格昂貴,故請使用者千萬不要用手觸摸鏡片 。
2. 實驗前 ,請先取下雷射,並略為調開參考反射鏡,請同學先學習、熟悉光路的調
整。
一、目的 :
1. 探究邁克生干涉現象;
2. 練習邁克 生干涉儀的調整及使用;
3. 利用邁克 生干涉儀測量雷射光波長 ;
4. 利用邁克生干涉儀量測玻璃及空氣之折射率。
二、原理 :
邁克 生干涉儀(Michelson interferometer)是美國物理學家 Albert Abraham Michelson
(1852-1931, 1907諾貝爾 物理獎得主發明,) Michelson和 Morley利用 此儀器證實 以太(aether)
不存在 。2015 年,天文科學家更利用兩座臂長為 4 公里的邁克 生干涉儀首度偵測到兩個黑洞
融合過程中所產生的重力波。在應用方面,麥克生干涉儀被廣泛用於工具機的 校正工作、微
小距離的檢測、非同調單色光光源的 波長校檢,以及空氣壓力場、溫度場、溼度場等等物理
量的量測。
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邁克 生干涉儀的 構造和光徑如圖一所示 ,光源以45 角入射 至一面分光鏡後, 分為兩道
互相垂直的光束,分別射至 兩面全反射鏡M1 與M2 ,並將透射光與反射光反射回分光鏡 ,再
一次經過分光鏡將透射光與反射光疊合於屏幕 ,以產生干涉的光束條紋。 而分光鏡到兩面全
反射鏡的距離決定了這兩道光程的光程差, 此光程差決定疊合後的光束是破壞 性 ,還是建設
性干涉。
圖一 、邁克 生干涉儀的架構與光徑示意圖 。干涉儀的 兩臂長分別為L 及 L ,
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光束1及光束 2的 光程差為2n×(L -L ) ,n 為空氣的折射率。
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邁克生干涉實驗 共 5頁 第 1頁
本實驗的光源是由二極體雷射與一透鏡組成,可視為一個點光源 S 。此點光源S 經分光
鏡及反射鏡 M 1反射 ,在 M1後方形成虛光源 S ;同理,點 光源S 經反射鏡 M2及 分光鏡反
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射在 M2後 ,方形成虛光源S 。如果 M 1 與M2平行,且S 和 S 在屏幕的垂直線上,此時
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屏幕上會出現同心圓的干涉條紋,如圖二 (a)所示。設 M2、M 1相距 d (兩臂長L 和 L的差 ) ,
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則 S 和 S的距離為 2d 。由虛光源 S 和 S 射至 屏幕上一點的光程差為 2ndcosθ ,θ為光路徑
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與S 及 S 連線 的 夾角 。
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(1)當 2ndcosθ= mλ ,m 為整數時, 兩光束作用產生建設性干涉,則會在屏幕上呈現亮紋 ;
(2)若 2ndcosθ= (m + 1/2)λ ,為破壞性干涉,則在屏幕上呈現暗紋。
因 兩反射鏡平行,同一夾角 θ有相同光程差,所以在屏幕上出現同心圓干涉條紋 ,稱為等傾
條紋 (fringe of equal inclination) 。對同一干涉亮紋而言,光程差固定
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